列表与字典 (Lists & Dicts)

导语

想象你在整理一张购物清单——你要不断添加新商品、删掉已买的、修改价格信息。这就是列表和字典的日常用途：它们是 Python 中最常用、最灵活的数据容器。列表（list）是有序的"排队"结构，字典（dict）是键值对应的"查表"结构。掌握它们，加上列表推导式（comprehension）和集合（set），你就能优雅地处理绝大多数数据组织问题。

学习目标

• 掌握列表推导式（list comprehension）的简单、条件、嵌套三种写法
• 学会字典的 get()、items()、update() 常用方法
• 理解集合（set）运算和元组（tuple）解包（unpacking）

概念介绍

列表推导式是一种用一行表达式生成列表的 Pythonic 写法。它的核心思想是：把 for 循环和条件判断压缩为一个表达式，同时避免显式的 .append() 调用。

字典是键值对映射（key-value mapping），通过键快速查找值，底层基于哈希表（hash table）实现，所以查找复杂度为 O(1)。

集合（set）是无序不重复元素的容器，天然支持数学集合运算：并集（union）、交集（intersection）、差集（difference）。元组（tuple）是不可变的有序序列，常用于解包（unpacking）——一次性把多个值赋给多个变量。

[!TIP] 列表推导式比等效的 for + append 快约 20%–30%，因为它们在 C 层面优化了内存分配。

代码示例

示例 1：列表推导式（简单、条件、嵌套）

# 简单推导式：生成 0-4 的平方
squares = [x * x for x in range(5)]
print(f"squares of 0-4: {squares}")
# 输出: squares of 0-4: [0, 1, 4, 9, 16]

# 带条件的推导式：筛选偶数
evens = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]
print(f"evens 0-9: {evens}")
# 输出: evens 0-9: [0, 2, 4, 6, 8]

# 嵌套推导式：生成 3x3 乘法表矩阵
matrix = [[i * j for j in range(1, 4)] for i in range(1, 4)]
print(f"3x3 multiplication matrix: {matrix}")
# 输出: 3x3 multiplication matrix: [[1, 2, 3], [2, 4, 6], [3, 6, 9]]

[!NOTE] 嵌套列表推导式的读法是从外到内：外层 for i in range(1, 4) 控制行，内层 for j in range(1, 4) 控制列。

示例 2：字典的 get()、items()、update()

user = {"name": "Alice", "age": 30, "city": "Shanghai"}

# 安全访问：get() 找不到键时返回 None 而非 KeyError
print(f"name: {user.get('name')}")      # Alice
print(f"missing key (None): {user.get('phone')}")  # None

# 遍历所有键值对
for key, value in user.items():
    print(f"  {key}: {value}")

# 合并/更新：update() 就地修改字典
user.update({"email": "alice@example.com"})
print(f"after update: {user}")

[!WARNING] 直接用 user['phone'] 访问不存在的键会抛出 KeyError。不确定键是否存在时，始终优先使用 .get()。

示例 3：集合运算与元组解包

# 集合运算
a = {1, 2, 3}
b = {3, 4, 5}
print(f"union: {a | b}")           # {1, 2, 3, 4, 5}
print(f"intersection: {a & b}")   # {3}
print(f"difference: {a - b}")     # {1, 2}

# 元组解包
point = (10, 20)
x, y = point
print(f"point ({x}, {y})")  # point (10, 20)

[!TIP] 元组解包也可以用于交换变量：a, b = b, a——无需临时变量，这是 Python 独有的优雅写法。

常见错误与解决

[!WARNING] 错误 1：推导式过度嵌套导致可读性下降

# 三重嵌套——几乎无法理解
result = [[i * j * k for k in range(3)] for j in range(3) for i in range(3)]

解决：超过两层的推导式应该拆分为普通 for 循环。可读性永远优先于简洁性。

[!WARNING] 错误 2：试图解包数量不匹配的元组

point = (10, 20, 30)
x, y = point  # 💥 ValueError: too many values to unpack

解决：使用 * 收集多余值：x, y, *rest = point，或确保两边元素数量一致。

最佳实践

1. 简单的列表生成优先推导式：[x**2 for x in items] 比 for + append 更 Pythonic
2. 字典访问优先 .get()：避免因键不存在触发 KeyError；需要默认值时用 .get(key, default)
3. 集合用于去重和成员关系测试："apple" in {"apple", "banana"} 是 O(1) 操作
4. 元组解包处理多返回值：width, height = get_size() 让代码意图清晰

练习

1. 用列表推导式生成 1 到 20 之间所有能被 3 整除的数的平方。

result = [x * x for x in range(1, 21) if x % 3 == 0]
print(result)  # [9, 36, 81, 144, 225, 324]

2. 有两个字典 d1 = {"a": 1, "b": 2} 和 d2 = {"b": 3, "c": 4}，合并它们使得 d2 的值覆盖 d1 的同名键。

d1 = {"a": 1, "b": 2}
d2 = {"b": 3, "c": 4}

# 方法 1: update()
merged = d1.copy()
merged.update(d2)

# 方法 2: Python 3.9+ 合并运算符
merged = d1 | d2

print(merged)  # {'a': 1, 'b': 3, 'c': 4}

知识检查

1. [x for x in range(5) if x > 3] 输出什么？

   • A. [0, 1, 2, 3, 4]
   • B. [4]
   • C. [3, 4]
   • D. []

2. 字典 d = {"a": 1}，d.get("b", 0) 返回什么？

   • A. KeyError
   • B. None
   • C. 0
   • D. 1

3. 集合 {1, 2} | {2, 3} 的结果是？

   • A. {1, 2, 2, 3}
   • B. {2}
   • C. {1, 2, 3}
   • D. {1, 3}

本章小结

• 列表推导式 [expr for x in iterable if cond] 是生成列表的首选方式
• 字典 .get() 安全访问值，.items() 遍历键值对，.update() 合并字典
• 集合支持 |（并集）、&（交集）、-（差集）运算
• 元组解包 a, b = pair 使多值赋值简洁优雅
• 推导式不是越复杂越好——超过两层嵌套时就拆成普通循环

术语表

下一步

• 文件操作 → 学会读写文件和路径管理

源码链接

• list_dict_sample.py